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Atmung

Laplace-Gesetz

Atmung

Aufteilung des Bronchialbaums

Atmung

Pneumozyten

Atmung

Intrapleuraler Druck

Atmung

Alveolardruck

Transpulmonaler Druck

Atmung

Atemzugvolumen

Atmung

Atmung

Inspiratorisches Reservevolumen

kleine Alveolen besitzen höhere Oberflächenspannung • insgesamt 23 Verzweigungen • Konduktionszone: bis zur 17. Teilung (Luftleitung) • Respirationszone: Alveolen P = Druck T = Oberflächenspannung d = Wanddicke der Alveolen r = Radius der Alveole

• bei normaler Atmung immer negativ intrapleuraler! Druck [kPa]

Typ I - Pneumozyt: Alveolen-Auskleidung

- 0,5

Typ II - Pneumozyt: Surfactant-Produktion - 0,7 Inspiration

Exspiration

Alveolardruck [kPa] 0,05

Differenz zwischen Alveolardruck und intrapleuralem Druck

-0,05 Inspiration

Exspiration DR

• in Atemruhelage = 0 • bei Inspiration negativ • bei Exspiration positiv

3l

0,5 l

Atmung

Exspiratorisches Reservevolumen

Atmung

Residualvolumen

Atmung

Atmung

Funktionelle Residualkapazität FRC

Vitalkapazität

Atmung

Totalkapazität

Atmung

Totraumvolumen

Atmung

STPD

Atmung

BTPS

kleiner als das inspiratorische Reservevolumen

1,5 l

1,5 l

beim jüngeren Menschen größer

beim jüngeren Menschen kleiner

als beim älteren

als beim älteren

5l

3l

Atemzugvolumen +

Exspiratorisches Reservevolumen +

inspiratorisches Reservevolumen

Residualvolumen

+ exspiratorisches Reservevolumen

anatomisch: • bis zur 16. Teilung des Bronchialbaums • ca. 150 ml 6,5 l funktionell: • Lungenvolumen ohne Gasaustausch

Vitalkapazität + Residualvolumen

• beim Gesunden = anatomischer Totraum

body temperature pressure saturated

standard temperature pressure dry

T: 37°C

T: 0°C

Druck: aktueller Luftdruck

Druck: 760 mmHg

Wasserdampfdruck: 47 mmHg (gesättigt)

Wasserdampfdruck: 0 mmHg

Atmung

Atmung

ATPS

Atmung

Atmung

Helium-Einwasch-Methode Messbare Atemvolumina

Spirometrie Messbare Atemvolumina

Atmung

Ganzkörperplethysmographie Messbare Atemvolumina

Atmung

Pneumotachographie Messbare Atemvolumina

Atmung

Fowler Methode

Atmung

Bohr-Formel

ambient temperature pressure saturated T: Umgebungstemperatur Druck: aktueller Luftdruck Wasserdampfdruck: 47 mmHg (gesättigt)

• Atemzugvolumen • inspiratorisches Reservevolumen • Residualvolumen • funktionelle Residualkapazität (FRC)

• exspiratorisches Reservevolumen • Vitalkapazität → mobilisierbare Atemvolumina

(Alternative zur Spirometrie) • Atemzugvolumen • inspiratorisches Reservevolumen • exspiratorisches Reservevolumen

gesamtes intrathorakales Volumen

• Vitalkapazität → mobilisierbare Atemvolumina = Berechnung des Atemgasstroms

• Bestimmung des funktionellen Totraums

• Bestimmung des anatomischen Totraums

VD = funktionelles Totraumvolumen

• Einatmung: reiner Sauerstoff • Ausatmung: Bestimmung der Stickstoffkonzentration in der Atemluft

VT = Atemzugvolumen pCO2(a) = CO2-Partialdruck arteriell pCO2(e) = CO2-Partialdruck exspiratorisch

Atmung

Atmung

Compliance bestimmende Faktoren Formel

Schmidt, Lang, Heckmann: Physiologie des Menschen. 312010, S. 709

Atmung

Compliance gesamter Atemapparat

Atmung

Compliance Thorax

Atmung

Compliance Lunge

Atmung

Elastance

Atmung

Resistance bestimmende Faktoren

Atmung

Hagen-Poiseuille-Gesetz

• Dehnbarkeit des Atemapparats • fördert Exspiration • hemmt Inspiration • Steigung der Ruhedehnungskurve

Bestimmt durch: • elastische Rückstellkräfte • alveoläre Oberflächenspannung • mechanische Wirkung von Bändern/Muskeln

• Bestimmung über den intrapleuralen Druck • bei normaler Atmung: CT ≈ 2 l ⋅

kPa-1

• Bestimmung über den Alveolardruck • bei normaler Atmung: Cgesamt ≈ 1 l ⋅ kPa-1 • Addition der Ruhedehnungskurven von Lunge und Thorax

• Dehnungswiderstand des Atemapparats • Kehrwert der Compliance

!

• Bestimmung über transpulmonalen Druck • bei normaler Atmung: CL ≈ 2 l ⋅ kPa-1

• Atemwegswiderstand

• R = Strömungswiderstand • η = Viskosität • λ = Länge • r = Radius Radiushalbierung: 16-fache Widerstandserhöhung

• bestimmt durch: - Strömungswiderstand bei Exspiration - nichtelastische Gewebewiderstände - Trägheitswiderstand • bei normaler Atmung: R = 0,2 kPa⋅s -1 ⋅l-1

Atmung

Formen des Luftstroms

Atmung

Vegetative Wirkung auf die Bronchien

Atmung

Atmung

Atemfrequenz

Atemzeitvolumen

Atmung

Atemgrenzwert

Atmung

Peak Flow

Atmung

Einsekundenkapazität

Atmung

Tiffeneau-Test Messbare Atemparameter

• Sympathikus: Bronchodilatation • Parasympathikus: Bronchokonstriktion

laminar = geordnet turbulent (erhöhter Atemwegswiderstand)

Atemfrequenz ⋅ Atemzugvolumen

ca. 15/min

maximale Atemstromstärke

maximales Atemzeitvolumen

bei forcierter Atmung

• Atemzeitvolumen

absolut: in 1 s forciert ausgeatmetes Volumen

• Atemgrenzwert • Einsekundenkapazität

relativ: auf die Vitalkapazität bezogenes Volumen

Atmung

Ficksches Diffusionsgesetz

Atmung

Partialdruckwerte venös

Atmung

Atmung

Blutdruck Arteria pulmonalis

Partialdruckwerte arterialisiert

Atmung

Euler-Liljestrand-Mechanismus

Atmung

Atemzentrum Lokalisation Atemrhytmus, Atemfrequenz

Atmung

Hering-Breuer-Reflex

Atmung

Chemorezeptoren zentral und peripher

venös = Blut der Arteria pulmonalis pO2: 40 mmHg pCO2: 46 mmHg

• ΔP = Partialdruckunterschied • F = Austauschfläche • d = Diffusionsstrecke • K = Kroghscher Diffusionskoeffizient = Maß für Diffusionsfähigkeit eines Gases (für CO2 20mal größer als für O2)

arterialisiert = Blut der Vena pulmonalis systolisch: 25 mmHg pO2: 100 mmHg diastolisch: 10 mmHg pCO2: 40 mmHg

• Lokalisation: Medulla oblongata

1. Abfall des pO2 in einer Alveole 2. Schließung O2-sensitiver K+-Kanäle

• Vorgabe des Atemrhythmus: ventrale respiratorische Gruppe • Vorgabe der Atemfrequenz: dorsale respiratorische Gruppe • Afferenzen: kortikal und peripher (z.B. Chemosensoren)

Zentrale Chemorezeptoren: • Lokalisation: Medulla oblongata

im zugehörigen Kapillarendothel 3. Depolarisation der Gefäßmuskelzelle 4. Öffnung spannungsgesteuerter Ca2+Kanäle 5. Vasokonstriktion 6. Verminderung der Durchblutung des ineffektiven Bereichs

Mechanismus: über Dehnungsrezeptoren im Lungenparenchym

• Messung: pCO2 und pH im Liquor Periphere Chemorezeptoren:

1. Inspiration: Zunehmende Dehnung 2. Weiterleitung der Dehnungsinformation

• Lokalisation: Glomus aorticum und Glomus caroticum

über N.vagus (über Ncl. tractus solitarii) 3. Hemmung der Inspiration

• Messung: pCO2, pH und pO2 im Blut • Leitung: N. vagus und glossopharyngeus

Atmung

Atmung in der Höhe Partialdruckveränderungen Reaktionen des Körpers

Atmung

Atemreiz pCO2 pO2

Atmung

Obstruktive Ventilationsstörung

Atmung

Restriktive Ventilationsstörung

Atmung

• Dyspnoe • Orthopnoe • Apnoe • Asphyxie

Atmung

Hyperventilation

• Hyper/Hypoventilation • Tachypnoe • Bradypnoe • Hyper-/Hypopnoe

Atmung

Hypoventilation

Atmung

• in 5000 m Höhe → Halbierung des pO2

pCO2 > 50 mmHg pO2 < 60 mmHg → der Körper reagiert am schnellsten auf einen Anstieg des pCO2

• Ursache: verminderte Compliance

Reaktionen des Körpers • Hyperventilation • erhöhte EPO-Produktion • veränderte Sauerstoffaffinität von Hämoglobin

• Ursache: erhöhte Resistance

- Lungenfibrose

- Asthma bronchiale

- Thoraxverformung u.a.

- Tumor u.a.

• Folge: verminderte Vitalkapazität

• Folge: Überblähung der Lunge → Erhöhung des Residualvolumens → Erniedrigung der dynamischen Atmungsparameter

• Ursache: erhöhter Atemreiz, oft psychogen

• Dyspnoe: Gefühl der Atemnot • Orthopnoe: stärkste Atemnot

• Folge: erhöhte CO2-Abatmung → Senkung des pCO2 = Hypokapnie

• Apnoe: Atemstillstand

→ respiratorische Alkalose • Gegenmaßnahme: CO2-Rückatmung (z.B. durch Atmung in eine Tüte)

• Asphyxie: verminderte/fehlende Atmung • Hyper/Hypoventilation: erhöhte/verminderte alveoläre Ventilation • Tachypnoe: gesteigerte Atemfrequenz • Bradypnoe: verminderte Atemfrequenz • Hyper-/Hypopnoe: erhöhtes/vermindertes Atemzugvolumen

• Ursache: verminderte alveoläre Ventilation • Folge: verminderte CO2-Abatmung → Erhöhung des pCO2 = Hyperkapnie → respiratorische Azidose...